شماره ركورد
33497
پديد آورنده
اميرحسين مرداني تودشكي
عنوان
طراحي و ساخت نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك مبتني بر گرافن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
فيزيك ماده چگال
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/03/19
استاد راهنما
آسيه السادات كاظمي شيخ شباني
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
فيزيك
چكيده
با افزايش نگرانيها پيرامون بحران انرژي و گرم شدن زمين، توجه به منابع تجديدپذير و فناوريهاي برداشت انرژي به شكل چشمگيري افزايش يافته است. در اين ميان، نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك(TENGs) به دليل ساختار ساده، هزينه پايين و توانايي تبديل انرژي مكانيكي پراكنده محيط به انرژي الكتريكي، به عنوان گزينهاي اميدواركننده براي كاربرد در سيستمهاي خودتأمين انرژي، حسگرها و لباسهاي هوشمند مطرح شدهاند. در اين پژوهش، دو دسته متفاوت از نانوژنراتورهاي تريبوالكتريك طراحي، ساخته و مورد بررسي قرار گرفتند. دسته اول، TENGهاي مبتني بر پليديمتيلسيلوكسان (PDMS) بودند كه با هدف بررسي تأثير پارامترهاي فيزيكي مختلف، از جمله ابعاد سطح تماس، درصد تخلخل و حضور نانولولههاي كربني (CNT) در ساختار PDMS طراحي شدند. براي ايجاد تخلخل، از تركيب PDMS با ذرات قند خردشده و حبه كامل قند بهره گرفته شد. پس از حذف قند از ساختار، درصدهاي متفاوتي از تخلخل حاصل شد. نتايج تجربي نشان دادند كه افزايش سطح تماس (از 〖cm〗^2 1×1 به 〖cm〗^2 2× 2)، افزايش درصد تخلخل (از 0% به حدود 56%) و همچنين تركيب PDMS متخلخل با CNT، منجر به افزايش قابل توجه ولتاژ خروجي شد. اين به دليل افزايش سطح تماس واقعي، كاهش مدول يانگ در نمونههاي متخلخل و كاهش مقاومت الكتريكي ناشي از حضور CNTها بوده است. در دسته دوم، TENGهاي دو الكترودي مبتني بر گرافن تك لايه طراحي شدند. گرافن به دليل ساختار لايهاي آروماتيك، خواص مكانيكي و الكترونيكي بينظير و رسانايي بالا، مادهاي ايدهآل براي استفاده در TENGهاست. در يك نمونه، از گرافن تكلايه منتقلشده بر روي الكترود كرومي فوتوليتوگرافيشده استفاده شد. در نمونه ديگر، الكترود پاييني از مس اكسيدشده (Cu/CuO) استفاده شد تا با نقش لايه عايق، بارهاي سطحي بيشتري به دام افتاده و خروجي افزايش يابد. جهت تحليل دقيق ساختار نمونهها، از آناليز ميكروسكوپ الكتروني روبشي (SEM) براي بررسي تخلخل PDMS، و از آناليزهاي رامان و AFM براي ارزيابي كيفيت سطحي و ساختار گرافن استفاده شد. نتايج اين پژوهش چشمانداز روشني را براي طراح TENGهاي قابل انعطاف و كارآمد جهت كاربرد در فناوريهاي پوشيدني، حسگرهاي خودتأمين انرژي و ابزارهاي الكترونيكي آينده ارائه ميدهد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/04/22
عنوان به انگليسي
Design and Fabrication of Graphene-Based Triboelectric Nanogenerators
تاريخ بهره برداري
7/10/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
اميرحسين مرداني تودشكي
چكيده به لاتين
With the growing concerns over the energy crisis and global warming, significant attention has been directed toward renewable energy sources and energy harvesting technologies. Among them, triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as promising candidates for use in self-powered systems, sensors, and wearable electronics, owing to their simple architecture, low cost, and ability to convert ambient mechanical energy into electrical energy. In this study, two distinct categories of TENGs were designed, fabricated, and systematically investigated. The first category focused on TENGs based on polydimethylsiloxane (PDMS), aiming to explore the influence of various physical parameters including contact surface area, porosity, and the incorporation of carbon nanotubes (CNTs) into the PDMS matrix. Porosity was induced by blending PDMS with either crushed sugar particles or intact sugar cubes. Following the removal of the sugar template, different porosity levels were achieved. Experimental results demonstrated that increasing the contact area (from 1×1 cm² to 2×2 cm²), enhancing porosity (from 0% to approximately 56%), and incorporating CNTs into the porous PDMS significantly improved the output voltage. This enhancement is attributed to the increased effective contact area, reduced Young’s modulus in porous structures, and improved electrical conductivity due to the presence of CNTs. The second category involved the development of two-electrode TENGs incorporating monolayer graphene. Due to its two-dimensional aromatic structure, exceptional mechanical and electronic properties, and high conductivity, graphene is considered an ideal material for TENG applications. In one configuration, monolayer graphene was transferred onto a photolithographically patterned chromium electrode. In another, the bottom electrode consisted of oxidized copper (Cu/CuO), which acted as a charge-trapping dielectric layer, thereby enhancing the surface potential and resulting in improved device performance. To analyze the structure and quality of the fabricated devices, scanning electron microscopy (SEM) was employed to examine the porosity of PDMS samples, while Raman spectroscopy and atomic force microscopy (AFM) were used to assess the structural quality and surface morphology of the graphene layers. The findings of this research provide valuable insights for the development of flexible and high-performance TENGs suitable for next-generation wearable technologies, self-powered sensors, and energy-autonomous electronic systems.
كليدواژه هاي فارسي
نانوژنراتور تريبوالكتريك (TENG) , پليديمتيلسيلوكسان (PDMS) , نانولولههاي كربني (CNT) , گرافن تك لايه , ساختار متخلخل , برداشت انرژي مكانيكي
كليدواژه هاي لاتين
Triboelectric Nanogenerator (TENG) , Polydimethylsiloxane (PDMS) , Carbon Nanotubes (CNTs) , Monolayer Graphene , Porous Structure , Mechanical Energy Harvesting
Author
Amirhossein Mardani Toudeshki
SuperVisor
Asieh Sadat Kazemi